液体压强大(物理博士给你剖析液体压强)

液体压强是初中物理中的难点,也是中考必考的一个知识点。由于液体压强涉及的知识点比较多,许多同学对此把握不够准确,理解不够深刻。鉴于此,我在此帮大家对液体压强进行深入分析。

液体压强及其本质

压强是压力的作用效果。因此,液体压强的产生也来自于某种压力。液体具有的流体特性决定了这种压力包含两个方面:

  • 液体重力产生的压力。具有一定体积和质量的液体由于受重力作用,故对与其接触的物体产生一种压力。
  • 液体的流动性导致的压力。液体属于流体的一种,具有流动性,故对阻碍其流动(散开)的物体产生一种压力。

【注】上述两种压力不是孤立的,而是它们共同作用产生了液体压强。

液体压强的特点
  • 液体内部某一位置向各个方向产生的压强均相等。这是由液体流动性所决定的特性。如图1(a)所示,纯水内部A点六个方向的压强都相等。
  • 同一种液体,其内部压强大小仅跟液体深度有关。这里的“深度”指考察点到液面的竖直距离。如图1(c)所示,计算液体对试管底部的压强时应该根据h1,而不是h2。
  • 不同液体,在深度相同情况下,密度大的压强也大。密度大的液体产生的压力大,故其作用效果,即压强也较大。如图1(b)所示,盐水密度较大,故B点压强大于A点的压强。

液体压强大(物理博士给你剖析液体压强)(1)

图1 液体压强特点示意图

液体压强的计算

1. 计算公式

液体压强的计算公式有两个,分别为:

① p=F/S; ② p=ρgh

其中,①式具有普适性,即可用于计算固体、液体和气体的压强;②式是由①式推导而来的,只能用于计算液体和气体压强。

2. 公式②的物理意义

下面给出公式②的具体推导过程。如图2所示,一容器内装了一定量的某种液体,密度为ρ。现考察液体内K点处的压强,设K点所处深度为h。

在此,选取一个形状规则、底面积为S的竖直“液柱”(如,圆柱体、长方体等),其上底面位于液面,下底面恰好将K点包含在内,故该“液柱”高度也是h。根据液体压强产生原理有:

p=F/S=(mg)/S=[ρ(S·h)g]/S=ρgh

由上,我们可得到以下结论:

(1) 公式②对应的物理模型是一个人为构造的形状规则的竖直“液柱”,即液体内某点的压强是由该“液柱”的重力产生的效果。

(2) 同一液体、同一深度处的压强跟选取的“液柱”底面积大小无关。

液体压强大(物理博士给你剖析液体压强)(2)

图2 液体压强计算公式的"液柱"模型

典型习题举例

如图3所示,有三种不同形状的容器内装有同种液体,容器底面积均为S,液体高度均为h,设(a)、(b)、(c)三种容器内液体的重力分别为G1、G2、G3,液体对容器底的压力分别为F1、F2、F3,试分析以下参数的大小关系:

(1) F1___F2 ;F2___F3; F1___F3

(2) F1___G1 ;F2___G2; F3___G3

液体压强大(物理博士给你剖析液体压强)(3)

图3 (a)底小口大锥体;(b)圆柱体;(c)底大口小锥体

  • 解析:根据液体压强计算公式p=ρgh可知,液体对三种容器底的压强是相等的。又由p=F/S可知,液体对容器底的压力F=p·S,故有F1=F2=F3。设三种容器液体体积分别为V1、V2、V3,则根据液体压强公式的“液柱”模型可知,V1>S·h、V2=S·h、V3<S·h。上述关系式两边均乘以“ρg”得,F1<G1、F2=G2、F3>G3。
  • 答案:(1) =、=、= ; (2) <、=、>。
总结
  • 学习液体压强,一定要把液体压强产生的原因、两个计算公式的使用范围和条件理解透彻。
  • 液体压强大小跟装液体的容器形状没有关系,但在计算液体对容器底的压力时,需考虑容器的形状,此时采用“液柱”模型法分析即可。

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